Сигнал - физический процесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемый в качестве носителя информации. В радиотехнике изучают две группы электрических сигналов: детерминированные и случайные.
Информация, заключенная в сигнале, отображается законом его изменения во времени S (t). Если этот закон известен, предопределен заранее, то сигнал называется детерминированным (от лат. determinatio - определение). Примером такого сигнала является косинусоидальное колебание, описываемое функцией
где S m - амплитуда сигнала; щ=2рf - круговая частота сигнала; ц - начальная фаза сигнала.
Для детерминированных сигналов заранее известно значение s (t) в любой момент времени t при заданных значениях амплитуды, круговой частоты и начальной фазы.
Если закон изменения сигнала s (t) не предопределен, то неизвестно заранее, какое значение он будет иметь в тот или иной момент времени. Значения таких сигналов в различные моменты времени случайны. Поэтому их и называют случайными.
Классификация сигналов осуществляется на основании существенных признаков соответствующих математических моделей сигналов. Все сигналы разделяют на две самостоятельные группы: детерминированные и случайные.
Детерминированные сигналы подразделяются на периодические и непериодические (импульсные). Импульсный сигнал - это сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого со временем завершения переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен. Периодические сигналы бывают гармоническими, то есть содержащими только одну гармонику, и полигармоническими, спектр которых состоит из множества гармонических составляющих. К гармоническим сигналам относятся сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса. Все остальные сигналы называются полигармоническими.
Случайные сигналы - это сигналы, мгновенные значения которых в любые моменты времени неизвестны и не могут быть предсказаны с вероятностью, равной единице. Как ни парадоксально на первый взгляд, но сигналом несущим полезную информацию, может быть только случайный сигнал. Информация в нем заложена во множестве амплитудных, частотных (фазовых) или кодовых изменений передаваемого сигнала. На практике любой радиотехнический сигнал, в котором заложена полезная информация, должен рассматриваться как случайный.
Большинство используемых на практике радиотехнических сигналов относится к классу случайных по двум причинам. Во-первых, любой сигнал, являющийся носителем информации, должен рассматриваться как случайный. Во-вторых, в устройствах, которые "работают" с сигналами, практически всегда имеются шумы или помехи, которые накладываются на полезный сигнал. Поэтому в любом канале связи полезный сигнал искажается при передаче и сообщении на приемной стороне воспроизводится с некоторой ошибкой.
Непреодолимой границы между детерминированными и случайными сигналами нет. В условиях большого отношения полезного сигнала к шуму, т.е. в случае, когда уровень помех значительно меньше уровня полезного сигнала, детерминированная модель сигнала адекватна реальной ситуации. При этом можно применять методы анализа неслучайных сигналов.
В процессе передачи информации сигналы могут быть подвергнуты тому или иному преобразованию. Это обычно отражается в их названии: сигналы модулированные, демодулированные (детектированные), кодированные (декодированные), усиленные, задержанные, дискретизированные, квантованные и др.
По назначению, которое сигналы имеют в процессе модуляции, их можно разделить на модулирующие (первичный сигнал, который модулирует несущее колебание) или модулируемые (несущее колебание).
Радиотехнические цепи
Радиотехнические цепи - это совокупность соединенных определенным образом пассивных и активных элементов, обеспечивающих прохождение и функциональное преобразование сигналов.
Электрическая цепь возникает, если в пространстве создать достаточно узкие пути для электрического тока, располагая вдоль этих путей проводники из материалов с высокой электропроводностью, окруженных хорошо изолирующей средой. Вдоль цепи возможно также помещение элементов цепей, т.е. ограниченных по объему проводящих устройств (сопротивления, электронные лампы, полупроводники), либо так же ограниченных по объему устройств с локальными концентраторами электрических и магнитных полей (конденсаторы, индуктивности).
Основными пассивными (т.е. не содержащими внутри источников энергии) элементами являются:
а) Активное сопротивление R - элемент, в котором происходит необратимая потеря электрической энергии, т.е. закон Ома выполняется и для переменных токов;
б) Ёмкость - элемент, в котором протекание тока сопровождается накапливанием зарядов на обкладках, а энергия от источников ЭДС переходит в энергию электрического поля между обкладками.
в) Индуктивность - элемент, в котором протекание тока сопровождается переходом электрической энергии в энергию магнитного поля.
Цепи по характеру преобразования в них сигналов делятся на линейные с постоянными параметрами, линейно-параметрические и нелинейные цепи.
Линейные цепи - цепи, в которых все элементы линейные, т.е. параметры не зависят от значений напряжения и тока. Если эти параметры не изменяются во времени, то цепи называются линейными с постоянными параметрами.
Линейно-параметрические - цепи, в которых содержатся элементы, зависящие от времени за счет управления внешним воздействием, но не зависящие от тока и напряжения.
Нелинейные - цепи, содержащие хотя бы один нелинейный элемент, параметры которого зависят от процессов, протекающих в них (уровни тока и напряжения). Нелинейные цепи описываются нелинейными дифференциальными уравнениями.
Радиотехнические цепи и сигналы выпуск 3
Учебник
для ВУЗов
Баскаков С.И. Издательство Высшая школа, Москва 2000 год
Подготавливая третье издание учебника, автор решил сохранить перечень глав и принцип организации учебного материала, принятые в предыдущих изданиях. Изменения коснулись лишь некоторых вопросов. Так, при изложении теории модулированных колебаний кратко рассматривается метод построения многоканальных систем на примере стереофонического радиовещания. В заключительную главу учебника введен параграф, дающий читателю возможность познакомиться с основными понятиями теории информации и научиться оценивать пропускную способность некоторых радикалов, близких по своим свойствам к тем, которые используются на практике. Наконец, в текст учебника введен материал, касающийся теории вейвлет-преобразований, которые в последние годы вызывают растущий интерес среди радиоинженеров.
В основу учебника положен материал лекций, которые автор на протяжении последних лет читал студентам радиотехнического факультета Московского энергетического института (технического университета). Хочется выразить искреннюю признательность моим многочисленным ученикам за их интерес к этому курсу и за стремление по-настоящему глубоко освоить фундаментальные принципы современной радиотехники. Автор благодарен своим коллегам по кафедре основ радиотехники и многим сотрудникам радиотехнического факультета МЭИ, которые неизменно помогали в работе своими советами и обсуждениями, а также рецензенту книги профессору М.П. Демину за полезные замечания.
При подготовке этой книги к печати мною были приложены все усилия к тому, чтобы устранить неточности, допущенные в предыдущих изданиях. Если внимательный читатель обнаружит погрешности и в этом издании, то автор целиком берет на себя моральную ответственность за их появление.
В учебнике изложены основы теории детерминированных и случайных сигналов, линейных и нелинейных цепей с постоянными параметрами, оптимальной и дискретной фильтрации сигналов, а также автогенераторов. Помимо теоретического материала приводятся контрольные вопросы. подробно рассмотренные примеры решения задач, а также задачи для самостоятельного решения (с ответами).
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 210400 «Радиотехника».
Тригонометрический ряд Фурье.
Тригонометрический, гармонический ряд, который чаще всего называют просто рядом Фурье, среди радиотехнических приложений функциональных рядов занимает особое место: важность разложения сигнала но ортогональной гармонической системе функций определяется, в частности, тем характером преобразования, которое претерпевает сигнал при прохождении через стационарную линейную цепь.
Выходным сигналом в этом случае является гармонический сигнал с той же круговой частотой со, отличающийся от входного амплитудой и фазовым сдвигом. Если разложение входного сигнала по системе тригонометрических функций известно, то выходной сигнал может быть получен как сумма независимо преобразованных цепью входных гармоник. Кроме этого обеспечивается возможность использования в расчетах так называемого символического метода (метода комплексных амплитуд), хорошо известного из курса теории цепей.
Оглавление
Предисловие
1. Основные характеристики детерминированных сигналов
1.1. Сигналы, модели сигналов
1.2. Обобщенный ряд Фурье
1.3. Тригонометрический ряд Фурье
1.4. Спектры некоторых периодических сигналов
1.5. Преобразование Фурье и его свойства
1.6. Преобразование Фурье некоторых сигналов
1.7. Теоремы о спектрах
1.8. Спектральные функции произведения и свертки сигналов
1.9. Преобразование Фурье некоторых неинтегрируемых абсолютно сигналов
1.10. Энергетические соотношения в спектральном анализе
1.11. Корреляционный анализ детерминированных сигналов
1.12. Свертка сигналов
1.13. Корреляционно-спектральный анализ детерминированных сигналов
Задачи
2. Модулированные радиосигналы
2.1. Модуляция. Основные понятия
2.2. Радиосигналы с амплитудной модуляцией
2.3. Радиосигналы с угловой модуляцией
2.4. Фурье-анализ модулированных радиосигналов
2.5. Амплитудно-импульсная модуляция
2.6. Внутриимпульсная модуляция
2.7. Комплексная огибающая радиосигнала. Взаимная корреляционная функция модулированных сигналов
2.8. Аналитический сигнал и преобразование Гильберта
Контрольные вопросы и задания
Задачи
3. Основы теории случайных процессов
3.1. Ансамбль реализаций
3.2. Вероятностные характеристики случайных процессов
3.3. Корреляционные функции случайных процессов
3.4. Стационарные и эргодические случайные процессы
3.5. Спектральные характеристики случайных процессов
3.6. Теорема Винера-Хинчина
3.7. Узкополосный случайный процесс
Контрольные вопросы и задания
Задачи
4. Линейные цепи с постоянными параметрами
4.1. Частотные и временные характеристики линейных цепей. Методы анализа прохождения детерминированных сигналов
4.2. Расчет переходной и импульсной характеристик линейной цепи
4.3. Преобразование характеристик случайного процесса в линейной цепи
4.4. RC-фильтры нижних и верхних частот и их характеристики
4.5. Прохождение сигналов через простейшие RC-цепи
4.6. Одиночный колебательный контур и его основные характеристики
4.7. Линейные цепи с обратной связью
4.8. Условия устойчивости линейной цепи
Контрольные вопросы и задания
Задачи
5. Принципы оптимальной линейной фильтрации сигналов на фоне помех
5.1. Согласованная фильтрация детерминированных сигналов
5.2. Отношение «сигнал/шум» на входе и выходе согласованного фильтра
5.3. Применение согласованных фильтров
5.4. Оптимальная фильтрация при небелом шуме
5.5. Квазиоптимальная фильтрация детерминированных сигналов
5.6. Оптимальная фильтрация случайных сигналов
Контрольные вопросы и задания
Задачи
6. Основы дискретной фильтрации сигналов
6.1. Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы
6.2. Шумы квантования
6.3. Теорема Котельникова
6.4. Спектр дискретизированного сигнала
6.5. Дискретное преобразование Фурье
6.6. Быстрое преобразование Фурье
6.7. Метод z-преобразования
6.8. Алгоритм дискретной фильтрации
6.9. Системная функция дискретною фильтра
6.10. Рекурсивные и нерекурсивные дискретные фильтры
6.11. Формы реализации цифровых фильтров
6.12. Методы синтеза дискретных фильтров
6.13. Примеры синтеза цифровых фильтров
6.14. Дискретные случайные сигналы
Контрольные вопросы и задания
Задачи
7. Преобразования радиосигналов в нелинейных радиотехнических цепях
7.1. Нелинейные элементы
7.2. Аппроксимация нелинейных характеристик
7.3. Воздействие гармонического пинала на безынерционный нелинейный элемент
7.4. Би- и полигармоническое воздействие на безынерционный нелинейный элемент. Преобразование частоты сигнала
7.5. Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты
7.6. Получение амплитудно-модулированных колебаний
7.7. Амплитудное детектирование
7.8. Частотное и фазовое детектирование
7.9. Воздействие случайного стационарного сигнала на безынерционный нелинейный элемент
Контрольные вопросы и задания
Задачи
8. Генерирование гармонических колебаний
8.1. Автоколебательная система
8.2. Баланс амплитуд и баланс фаз
8.3. Возникновение колебаний в автогенераторе
8.4. Стационарный режим работы автогенератора
8.5. Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения
8.6. Нелинейное уравнение автогенератора
8.7. Анализ схем LC-автогенераторов
8.8. RC-автогенераторы и автогенераторы с внутренней обратной связью
Контрольные вопросы и задания
Задачи
Приложение. Ответы к задачам
Ответы к задачам главы 1
Ответы к задачам главы 2
Ответы к задачам главы 3
Ответы к задачам главы 4
Ответы к задачам главы 5
Ответы к задачам главы 6
Ответы к задачам главы 7
Ответы к задачам главы 8
Список литературы
Алфавитный указатель.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Радиотехнические цепи и сигналы, Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н., 2014 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Учебники и учебные пособия
1. И.С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь, 1986 г.
   Скачать:
   
DjVu (10.8 M)
2. Попов В.П. Основы теории цепей. – М.: Высшая школа, 1985.
   Скачать:
   
DjVu (3.9 M)
3. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 1998.
   Скачать:
   
DjVu (5.7 M)
4. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. В двух частях. – М.: Мир, 1988.
   Скачать:
   
Том 1. DjVu (2,2 M)
   
Том 2. DjVu (2,6 М)
5. Кузнецов Ю.В., Тронин Ю.В. Основы анализа линейных радиоэлектронных цепей (временной анализ). Учебное пособие, – М.: МАИ, 1992.
   Скачать:
   
PDF (1,8 M)
   
DjVu (672 K)
6. Кузнецов Ю.В., Тронин Ю.В. Основы анализа линейных радиоэлектронных цепей (частотный анализ). Учебное пособие. – М.: МАИ, 1992.
   Скачать:
   
PDF (1,5 M)
   
DjVu (680 K)
7. Кузнецов Ю.В., Тронин Ю.В. Линейные радиоэлектронные цепи и сигналы. Упражнения и задачи (учебное пособие). – М.: МАИ, 1994.
   Скачать:
   
PDF (3,3 M)
   
DjVu (487 K)
9. Латышев В.В. Ручьев М.К., Селин В.Я., Сотсков Б.М. Переходные процессы в линейных цепях. – М.: МАИ, 1992.
10. Латышев В.В. Ручьев М.К., Селин В.Я., Сотсков Б.М. Спектральный анализ сигналов (учебное пособие). – М.: МАИ, 1988.
11. Латышев В.В. Ручьев М.К., Селин В.Я., Сотсков Б.М. Спектральный анализ узкополосных сигналов (учебное пособие). – М.: МАИ, 1989.
12. Латышев В.В. Ручьев М.К., Селин В.Я., Сотсков Б.М., Методы анализа прохождения сигналов через радиотехнические устройства (учебное пособие). – М.: МАИ, 1991.
13. Латышев В.В., Ручьев М.К., Селин В.Я., Сотсков Б.М., Преобразование сигналов в нелинейных цепях (учебное пособие). – М.: МАИ, 1994.
Задание 1. Анализ временных и частотных характеристик импульсных сигналов.
   Скачать:     PDF (243 K)     DjVu (53 K)
Задание 2.
Анализ временных и частотных характеристик периодических сигналов.
   Скачать:
   
PDF (257 K)
   
DjVu (54 K)
Задание 3.
Анализ прохождения импульсных и периодических сигналов через линейные цепи.
   Скачать:
   
PDF (256 K)
   
DjVu (56 K)
Методические материалы
1. Синтез и анализ цифровых фильтров с использованием программного пакета MatLab
   Скачать:
   
PDF (457 K)
   
DjVu (248 K)
Предлагаемые материалы содержат курс лекций, набор домашних заданий и курсовую работу по синтезу частотно-избирательных фильтров.
Составитель : доцент кафедры 405 Ручьев Михаил Константинович .
Лекция 1 . Активные линейные цепи. Основные схемы замещения линейных, активных цепей. Основные методы анализа линейных цепей.  PDF
Лекция 2 . Усилитель низких частот. Основные характеристики УНЧ.  PDF
Лекция 3 . Резонансный усилитель. Прохождения радиосигналов. Эффект демодуляции.  PDF
Лекция 4 . Обратная связь в линейных цепях. Положительная и отрицательная ОС.  PDF
Лекция 5 . Понятие нелинейных искажений. Устойчивость цепей с обратной связью.  PDF
Лекция 6 . Согласованные и частотно-избирательные фильтры (ЧИФ). Постановка задачи синтеза ЧИФ.  PDF
Лекция 7 . Фильтры Чебышева. Синтез фильтров других типов.  PDF
Лекция 8 . Реализация ЧИФ: лестничная, каскадная, АRС- реализация.  PDF
Лекция 9 . 9. Постановка задачи анализа нелинейных цепи. Аппроксимация нелинейной ВАХ: полиномиальная, линейно-ломаная.  PDF
Лекция 10 . Спектральный анализ выходного тока в режиме с отсечкой.  PDF
Лекция 11 . Амплитудный модулятор и амплитудный детектор.  PDF
Лекция 12 . Диодный детектор. Частотный, фазовый детекторы.  PDF
Лекция 13 . Нелинейное резонансное усиление. Умножение частоты. Преобразование частоты.  PDF
Лекция 14 . Дискретные сигналы и их обработка. Теорема Котельникова.  PDF
Лекция 15 . Математическое описание дискретных сигналов.  PDF
Лекция 16 . Дискретное преобразование Фурье. Прямое Z-преобразование.  PDF
Лекция 17 . Обратное Z-преобразование. Цифровые фильтры.  PDF
Лекция 18 . Анализ цифровых фильтров.  PDF
Составитель : доцент кафедры 405 Ручьев Михаил Константинович .
План занятий . 
Предисловие | |
РАЗДЕЛ I. ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ |
|
Тема 1. Общая теория радиотехнических сигналов | |
Тема 2. Спектральные представления сигналов | |
Тема 3. Энергетические спектры сигналов. Принципы корреляционного анализа | |
Тема 4. Модулированные сигналы | |
Тема 5. Сигналы с ограниченным спектром | |
Тема 6. Основы теории случайных сигналов | |
Тема 7. Корреляционная теория случайных процессов | |
Тема 8. Воздействие детерминированных сигналов на линейные стационарные системы | |
Тема 9. Воздействие детерминированных сигналов на частотно-избирательные системы | |
Тема 10. Воздействие случайных сигналов на линейные стационарные цепи | |
Тема 11. Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях | |
Тема 12. Преобразование сигналов в линейных параметрических цепях | |
Тема 13. Основы теории синтеза линейных радиотехнических цепей | |
Тема 14. Активные цепи с обратной связью и автоколебательные системы | |
Тема 15. Дискретные сигналы. Принципы цифровой фильтрации | |
Тема 16. Оптимальная линейная фильтрация сигналов | |
РАЗДЕЛ II. Указания | |
РАЗДЕЛ III. Решения | |
РАЗДЕЛ IV. Ответы | |
Приложения | |
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
"Пример иногда полезнее правила" И. Ньютон
Из собственного опыта читатель, безусловно, знает, что неотъемлемой частью процесса изучения точных - прежде всего, математики и физики, а также многих естественных наук является решение задач. Впервые столкнувшись с задачами в школьные годы, мы затем настолько привыкаем к ним, что не утруждаем себя вопросами о том, что же представляет собой задача как таковая, в чем состоит ее познавательная роль. Более того, иные учащиеся относятся к задачам как к неизбежному злу, которое нужно просто терпеливо пережить. В связи с этим полезно отметить, что европейские наука и педагогика, история которых насчитывает не одно тысячелетие, лишь к концу XVII века пришли к выводу о том, что обучение, основанное на механическом заучивании теоретических положении, чрезвычайно неэффективно. Слова Ньютона из его учебника "Алгебра", взятые в качестве эпиграфа, удачно подчеркивают принцип, который вряд ли устареет - залогом успешного учения служит активное познавательное творчество учащегося, который получает возможность на собственном опыте увидеть теорию в действии.
Учебные задачи по своей природе близки к шахматным этюдам или, скорее к тем гаммам и арпеджио, без которых не обошелся ни один начинающий музыкант. Хорошо составленная задача несет в себе все черты небольшого научно-педагогического сочинения - ее научная тематика строго очерчена и, что самое главное, для успешного решения задачи нужно самостоятельно сконструировать тот мыслительный алгоритм, который заранее известен педагогу и который учащийся должен продемонстрировать.
Как и все на свете, метод обучения с помощью решения задач имеет собственное внутреннее ограничение: постановка задачи неизбежно беднее той реальности, к которой эта задача относится. С этим обстоятельством непременно нужно считаться, соотнося выводы теории с практикой.
Как научиться решать задачи? По этому поводу написано много серьезных книг. Ни в коей мере не претендуя на обобщение, подчеркнем следующее.
Во-первых, следует выработать в себе отношение к этой деятельности как к увлекательному труду, позволяющему широко
раскрыть интеллектуальные способности человека. Приемы разнообразны - успешно решив задачу, подумайте, какие другие схожие задачи можно решить найденным методом. Не забудьте похвалить себя, если работа ладится. И главное, не впадайте в уныние, если задача упорно "не желает решаться". Отдохнув, принимайтесь за работу снова,- настойчивость в достижении цели является непременной личностной чертой настоящего профессионала. Если не удалось справиться с трудностью самостоятельно и приходится обращаться к преподавателю, не ставьте во главу угла "рецептурную" сторону дела - ведь цель не просто получить верный ответ, а как можно глубже понять, почему надо действовать именно так, а не иначе.
Во-вторых, открыв учебник, не следует сводить дело к подыскиванию формулы, которая немедленно даст нужный ответ. Формальное знание теории является необходимым, но отнюдь не достаточным условием успешного решения задачи. Самой главной мыслительной процедурой всегда была некоторая догадка, а это и есть, по сути дела, начало любого творчества. Если сразу ясно, как решать ту или иную задачу, ею все равно не следует пренебрегать. Аккуратное доведение до конца всех выкладок и расчетов очень важно для формирования навыка самостоятельной работы.
Пользуюсь возможностью высказать признательность рецензенту книги - проф. М.П. Демину за полезные советы и благожелательную критику.
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Настоящая книга содержит материал к упражнениям по курсу "Радиотехнические цепи и сигналы".